基础知识3——透射电镜的基本结构

透射电镜由真空系统、电器系统以及电子光学系统等三部分构成；其中电子光学系统是核心、主要由照明系统、成像放大系统以及观察记录系统三部分构成。

照明系统的功能是为成像系统提供一个亮度大、有一定孔径角且尺寸小的照明电子束，一般包括电子枪和2个以上聚光镜。

1、电子枪是发射电子的照明源，目前使用的电子枪主要是两种，一种是热电子发射型，另一种是场发射型。

其中，场发射型又分为冷阴极和热阴极两种方式（又称热场发射型或Schottky枪）。

不同类型的电子枪，其电子束的亮度，可达到的最小直径、能量的发射程度不同，阴极的工作温度和寿命差别很大。场发射枪的亮度比LaB6的亮度高一、二个数量级，寿命高几倍而且光源尺寸小很多，是理想的照明源。

中材新材料所使用的透射电镜为美国FEI公司新型的 Talos F200X ，所用的电子枪为热场发射型的超亮电子枪。电镜参数如下：

2、聚光镜系统通常由两个以上透镜组成；其中，第一个聚光镜C1为短聚焦的强透镜，其作用是将电子束有效光源尺寸缩小，调节亮度并成像在第二聚光镜的物平面上。而第二聚光镜C2的作用主要是改变试样上照明面积的大小，并控制照明束的孔径角α。

双聚光镜系统的光路图

1、物镜是衍射成像透镜，透过试样的电子束在物镜后焦平面上形成试样的衍射花样，而在它的像平面上形成一次放大像。

2、中间镜则把物镜形成的一次放大像或衍射花样投影到投影镜的物平面上。

3、投影镜把一次放大像或衍射花样在此放大最后投射到荧光屏上。

通过改变中间镜电流，可以选在在荧光屏上是显示衍射花样还是放大的形貌像。在实际工作中则是通过按钮在衍射模式与放大像观察模式质检切换。通过调节物镜电流对图像聚焦。

4、位于物镜后焦平面上的物镜光阑是可以移动的光阑，可以遮挡散射电子而提高试样像的衬度，尤其是利用物镜光阑可以选择通过光阑成像的电子束，例如：仅让中心透射束通过而形成明场像，而令一个衍射束通过则形成暗场像。

5、选区光阑大家应该比较熟悉了，它是位于物镜的一次像平面上，通过选区光阑在试样的一次放大像上选择产生衍射花样的试样区。

物镜光阑和选区光阑都提供了不同尺寸的光阑孔供选择，根据试样情况、成像模式和分辨率要去可与选用不同孔径的光阑获得所希望的效果。

其中，FEI Talos F200X 最小的选区光阑是200nm。因受选区光阑尺寸限制，对于＜50nm的析出相或者膜层进行TEM衍射时，选区光阑一般会套住周围物相，干扰分析；在此建议：可通过拍摄高分辨图像（HRTEM）,然后进行傅里叶转换，来弥补这弥补不足。如下图所示：

6、试样台通常有以下几种：单倾台、双倾台、倾动-转动台、双倾-转动台等。

单倾台可以使试样绕一个轴（ 轴）在给定角度范围内倾动；双倾台的试样则可以绕互相正交的两个轴（ 轴和 轴）倾动；倾动-转动台的试样可以绕一个轴倾动，还可以旋转；双倾-转动台则是在双倾台基础上海可以旋转。

中材新材料所用的样品台有两种，为单倾样品台和双倾样品台。其中单倾样品台为3孔样品台，一次可同时放置3个样品，可减少上下样品的机时，是不需要转正带轴、拍摄形貌像的样品的优选。例如只拍摄形貌像的石墨烯、碳纳米管等。（小编偷偷告诉你，价格非常非常优惠哦~~感兴趣的小伙伴联系文末老师了解详情吧~）

碳纳米管形貌像